Аннотация результатов, полученных в 2024 году
Была выращена серия пленок Nb(25 нм)/Gd/Nb(25нм) с толщинами слоев Gd от 1 до 200 нм, покрытых каталитическим слоем Pt. Произведено систематическое гидрирование отдельных образцов серии при комнатной температуре и давлении водорода от 0 до 30 Торр в течение 20 минут, измерены и структурные и магнитные свойства в зависимости от толщины слоя гадолиния и температуры гидрирования. Образцы с толщинами слоев Gd 100 и 200 нм до и после гидрирования были измерены в Курчатовском центре синхротронного излучения, определены их структурные параметры. Установлено, что по мере увеличения давления водорода сначала образуется гидрид GdH2, а затем GdH3. Обе фазы сосуществуют в различных пропорциях, причем, по мере увеличения толщины слоя гадолиния количество фазы GdH3 в образце возрастает. Были проведены поисковые исследования возможности проведения гидрирования пленок без использования дорогостоящего катализатора. Методом высоковакуумного магнетронного распыления были выращены пленки ниобия толщиной 30-40 нм на подложках из кремния, проведены эксперименты по гидрированиюПоисковые исследования показали, что водород интенсивно проникает в пленки ниобия без каких-либо дополнительных каталитических слоев при давлении водорода около 700 Торр и при повышенных температурах около 200 градусов Цельсия. Более того, проникновение водорода идет столь интенсивно, что возникла необходимость использовать «антикаталитический» слой, регулирующий проникновение водорода. Нами было показано, в качестве такого слоя можно использовать графен. Полученные результаты были представлены на конференции и направлены для публикации в ЖТФ. Основываясь на полученных результатах, была исследована система Nb/Gd/Nb. Методом высоковакуумного магнетронного распыления выращена серия трехслойных пленок Nb(25 нм)/Gd/Nb(25нм) без каталитического слояс толщинами слоев Gd от 5 до 50 нм, произведено систематическое гидрирование отдельных образцов серии при давлении водорода 770 Торр в течение 1-2 часов, измерены структурные и магнитные свойства в зависимости от температуры гидрирования и толщины слоев гадолиния. Было установлено, что водород проникает во все 3 слоя при гидрировании при температурах, степень насыщения водородом увеличивается по мере увеличения температуры гидрирования. Происходит как изменение кристаллической структуры, так и увеличение толщины, и уменьшение плотности слоев. По мере увеличения температуры гидрирования увеличивается толщина слоев как гадолиния, так и ниобия, а также увеличивается параметр их кристаллической решетки. При этом, не происходит образования гидридов GdH2 и GdH3, а формируется некоторая промежуточная фаза. Методом высоковакуумного магнетронного распыления выращена серия сверхрешеток Fe(3.5 нм)/Gd с толщинами слоев Gd от 1 до 50 нм, покрытых каталитическим слоем Ni. Проведены систематические эксперименты по гидрированию в течение 5 часов при различных температурах и при давлении водорода 700 Торр (при меньших давлениях водород в образцы не проникает), измерены структурные и магнитные свойства в зависимости от толщины слоев гадолиния, температуры гидрирования. 10 образцов серии были измерены в Курчатовском центре синхротронного излучения, были прецизионно определены их структурные параметры. Было установлено, что водород проникает в данные образцы на всю глубину и взаимодействует не только с атомами Gd, но и с атомами буферного слоя Nb. При этом происходит распухание гидрированных слоёв и увеличение толщины интерфейсов. Показано, что не происходит диффузии атомов Gd в слои Fe. Хотя кристаллические слои гидридов гадолиния образуются с преимущественной ориентацией, тем не менее они формируют поликристаллический слой. В слоях, содержащих гадолиний, гидриды гадолиния образуются равномерно внутри слоя в латеральных направлениях, представляя собой крупные кристаллиты, в направлении нормали к поверхности имеющие размеры от половины до полной толщины слоя. Толщина слоя выращиваемых структур оказывает важное влияние на формирование фаз гидридов гадолиния в слое, причём кристаллические фазы GdH2 формируются в слоях с толщинами равным 20 А и более, а кристаллические фазы GdH3 – в более толстых слоях (в нашем случае начиная с 30 А). В слоях образца с толщиной слоя гадолиния 10 А кристаллические фазы гидридов гадолиния не формируются. Методом высоковакуумного магнетронного распыления выращены пленки Dy и Ho толщиной 200-300 нм, покрытые каталитическим слоем Ni, определены их структурные и магнитные свойства. Образцы готовы для проведения нейтронных рефлектометрических исследований, которые планируется провести, как только появится такая возможность в ЛНФ ОИЯИ, НИЦ КИ (реактор ИР-8) либо на китайском источнике CSNS (подана заявка на эксперимент в 20215 году).

Аннотация результатов, полученных в 2025 году
1. Синтезированы 3 тонкопленочные системы Nb/Gd/Nb, выращенные при одинаковых условиях, отличающиеся типом верхнего слоя – либо каталитический слой Pt, либо графен, либо без защитного слоя. Для каждого образца проведены систематические исследования по гидрированию при различных давлениях/температурах с параллельным измерением магнитных и структурных свойств гидрированных образцов, установлена корреляция их свойств со степенью насыщения водородом. Проанализирована взаимосвязь структурных и магнитных свойств в зависимости от параметров гидрирования, от типа защитного слоя. Были определены оптимальные условия гидрирования тонких пленок гадолиния с целью получения необходимых фаз: твердого раствора водорода в гадолинии либо гидридов гадолиния GdH2 и GdH3. Показано, что гидрирование слоя гадолиния может быть осуществлено как через каталитический поверхностный слой из платины, так и через функциональный слой ниобия, без использования благородных металлов. 2. Были проведены тестовые измерения на рефлектометрическом стенде Нептун на реакторе ИР-8 в Курчатовском институте. По результатам измерений установлено, что установка может быть эффективно использована для исследования процессов гидрирования в редкоземельных тонкопленочных наноструктурах. На ближайшее время планируется исследование гидрированных и негидрированных нанострукутур на основе диспрозия и гольмия. 3. Методом высоковакуумного магнетронного распыления выращена серия сверхрешеток Fe(3.5 нм)/Gd с толщинами слоев Gd от 7 до 35 нм, покрытых каталитическим слоем Ni. Проведены систематические эксперименты по гидрированию при различных температурах и при давлении водорода 700 Торр, измерены структурные и магнитные свойства в зависимости от толщины слоев гадолиния, температуры гидрирования. Были выявлены необычные магнитные свойства сверхрешеток: при гидрировании наблюдается большой магнитный момент в слоях гидрида гадолиния (на 1-2 порядка больше, чем в плёнках GdHx), а его температура Кюри достигает 100 К. Методом рефлектометрии поляризованных нейтронов исследовано влияние гидрирования на магнитное упорядочение в сверхрешетке Fe/Gd. Было установлено, что вблизи межслойных границ формируется слой GdHx с большим магнитным моментом, в то время как в середине слоя GdHx магнитный момент близок к нулю. Этот слой остается магнитным вплоть до комнатной температуры, он и определяет магнитное поведение сверхрешеток. В негидрированном образце ориентация магнитных моментов в слое Gd изменяется с глубиной. Система Fe/Gd, Fe/GdHx оказалась очень сложной, наблюдаемые магнитные эффекты не имеют аналогов в объемных и тонкопленочных гидридах РЗМ. 4. Методом высоковакуумного магнетронного распыления выращена серия тонких пленок Nb/Dy/Nb, покрытых каталитическим слоем Pd. Проведены систематические эксперименты по их гидрированию при различных температурах и давлении водорода, установлении влияния гидрирования на структурные и магнитные свойства. Образцы приготовлены для проведения нейтронного рефлектометрического эксперимента с целью определения распределения водорода с глубиной. Такой эксперимент планируется провести в Курчатовском институте на стенде Нептун и на рефлектометре РЕФЛЕКС в ЛНФ ОИЯИ. Для каждого образца проведены систематические исследования по гидрированию при различных давлениях/температурах с параллельным измерением магнитных и структурных свойств гидрированных образцов, установлена корреляция их свойств со степенью насыщения водородом. Проанализирована взаимосвязь структурных и магнитных свойств в зависимости от параметров гидрирования, от типа защитного слоя. 5. Получена серия образцов сверхрешеток Co/Dy с различными толщинами слоев Dy, покрытых каталитическим слоем Pd. Проведены систематические эксперименты по гидрированию при различных температурах и давлении водорода от 1 Торр до 700 Торр, определение влияния параметров давление/температура на фазовый состав и степень насыщения слоев Dy водородом. Получены результаты магнитометрических измерений и рентгеноструктурных исследований на лабораторном дифрактометре, определено влияние степени поглощения водорода на структурные и магнитные свойства сверхрешеток Co/Dy.